KR20090035971A - 2종 이상의 과산화물을 이용한 태양광 발전 모듈용 ｅｖａ시트의 제조방법 및 이로부터 제조되는 물품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전을 위한 PV(Photo voltaic) 모듈(Module)을 제작할 때 실리콘 셀의 봉입제로 사용하는 2종 이상의 과산화물을 이용한 태양광 발전 모듈용 반응성 EVA 시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 비닐 아세테이트의 함량이 20 내지 40%인 EVA 수지 100 중량부 및 반응성 접착제, 가교제 및 2종 이상의 과산화물 개시제를 배합한 후 시트로 압출함으로써 얻을 수 있다.
과산화물, 태양광 모듈, EVA 시트
Description
본 발명은 태양광 발전을 위한 PV(photo voltaic) 모듈(Module)을 제작할 때 실리콘 셀의 봉입제로 사용하는 반응성 EVA 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 PV 모듈의 구조를 나타낸 것으로, PV 모듈(10)은 위로부터 유리(11), EVA시트(12), 실리콘 셀(13), EVA시트(14), 유리 또는 백시트(테프론 소재)(15) 등으로 구성된다.
일반적으로 PV 모듈을 제작하기 위해서는 다음과 같은 공정을 거치게 된다.
도 1과 같이 배열된 모듈(10)은 도 2의 라미네이터(20) 내에 배치된다. 공정이 시작되면 상하의 빈 공간들은 진공이 걸리게 되고, 동시에 히터 플레이트(30)의 열(150℃)에 의해 모듈(10)의 온도가 상승한다.
약 3 내지 4분 뒤 모듈(10) 내의 온도가 70 내지 80℃에 도달하고, EVA의 용융점도가 6 MPa 내지 10 MPa될 때, 위쪽 공간에는 다시 공기가 주입된다.
이렇게 해서 멤브레인(실리콘 다이아프램)(40)은 유리(11,15)와 EVA 시 트(12,14), 셀(13)을 균일하게 압착시켜준다.
온도가 점차 상승하여 120 내지 130℃ 이상이 되면 EVA는 내부에 포함되어 있던 가교제 및 반응성 접착제, 라디칼 개시제들이 반응을 시작하게 되고, 이후 150℃에 도달할수록 반응은 더욱 급격히 진행되며, 반응생성물인 CO2, CH3OH, CH3CH2OH 등은 진공펌프(P)에 의해 제거된다.
본 발명이 추구하는 것은 상기의 공정 중 발생하는 반응생성물을 진공에 의해 모듈 밖으로 제거할 때 가스의 이동에 의한 모듈의 위치 이동을 최소화시키는 EVA 시트를 만드는 것이다.
이를 실현하기 위해서는 온도 증가에 따른 EVA의 용융점도 변화 및 반응속도의 조절이 가장 중요하다.
첫째, EVA의 용융점도가 너무 낮은 상태에서 기포가 이동하게 되면 기포의 이동이 너무 빨라 셀을 밀어낼 수 있다.
둘째, 진공상태에서 EVA의 용융점도가 너무 낮으면 EVA 시트가 유리판 사이로 과다하게 흘러나와 셀이 바깥쪽으로 이동할 수 있다.
셋째, EVA의 반응은 온도가 상승할수록 빨라지며, 결국 목적 온도 150℃에 도달한 이후 시간이 경과 할수록 발생 가스의 양이 기하급수적으로 증가한다.
현재까지의 PV 모듈 접착용 EVA 시트들은 한가지의 과산화물(peroxide) 개시제를 사용함으로 인하여, EVA의 온도가 상승하게 되면 어느 한 시점에서는 EVA의 용융점도가 최저가 되고(300 내지 400 Pa·s), 이때 모듈의 셀이 깨지거나 움직임이 없도록 하기 위해 압력(진공도) 조절은 매우 까다로워지게 되며, 작업 모듈의 크기, 종류에 따라 시행착오를 거치고, 매우 민감하게 조절하며, 모듈의 제작 조건을 찾아야 한다.
따라서, 본 발명자는 2종 이상의 과산화물을 동시에 첨가한 EVA 시트를 제조 함으로써, 온도의 변화에 따른 최소 용융점도를 500 내지 600 Pa·s 이상으로 유지되도록 하고, 반응속도를 2단계로 통제함으로써, 모듈 제작시 발생하는 가스가 제조공정 전반에 걸쳐 분산되어 나오도록 하였다.
최소 용융점도가 500 내지 600 Pa·s 이상이 되면 공정상 진공 프레스 압력에 의한 셀의 이동이 300 내지 400 Pa·s 상태보다 현저히 줄어들면서 기포도 적절히 제거될 수 있다.
또한, 1차 과산화물로 1차 반응을 시켰기 때문에, 2차 반응시 가스 발생량이 휠씬 감소하므로 급격한 가스의 이동을 방지함으로써, 셀의 파손을 방지할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같이 반응 가스 추출시 기포의 흐름이 모듈 제조공정 전반에 걸쳐서 균등하게 발생하도록 하고, EVA의 최저 용융점도를 500 내지 700 Pa·s로 통제할 수 있도록 라디칼 개시제(과산화물)를 2종 이상 포함하는 반응성 EVA 시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 에틸렌비닐아세테이트(EVA: Ethylene Vinyl Acetate copolymer) 수지 100 중량부, 가교제 0.01 내지 5 중량부, 반응성 접착제 0.01 내지 5 중량부 및 2종 이상의 과산화물 0.01 내지 5 중량부를 배합하여 압출한 태양광 발전 모듈용 EVA 시트를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 과산화물은 2,2-디(t-부틸퍼옥시)부탄, n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발레레이트, t-부틸-퍼옥시이소프로필벤젠, 1,1-디(t-아밀퍼옥시) 사이클로헥산, t-부틸-(2-에틸헥실)모노퍼옥시카르보네이트, t-아밀(2-에틸헥실)모노퍼옥시카르보네이트, t-부틸퍼옥시아세테이트 중에서 선택되는 1종 이상과,
t-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸헥사노일퍼옥시)헥산, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 에틸렌비닐아세테이트 수지의 비닐아세테이트(VA) 함량은 20 내지 40 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 EVA 수지 100 중량부, 가교제 0.01 내지 5 중량부, 반응성 접착제 0.01 내지 5 중량부 및 2종 이상의 과산화물 0.01 내지 5 중량부를 배합하는 단계; 및 배합물을 압출하여 시트를 제작하는 단계를 포함하는 태양광 발전 모듈용 EVA 시트의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 EVA 시트는 100 중량부의 투명성이 좋은 EVA 수지, 가교제 0.01 내지 5 중량부, 반응성 접착제 0.01 내지 5 중량부 및 라디칼 개시제 0.01 내지 5 중량부를 컴파운딩한 후 시트 상으로 압출함으로써 얻을 수 있다.
본 발명에서 가교제로서는 트리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸프로판 트리메타크릴레이트, 디비닐벤젠, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 펜타에릴스리톨 트리아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트 등이 사용될 수 있다.
본 발명에서 반응성 접착제로서는 실란 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐트리에톡시실록산, 비닐트리메톡시실록산, γ-메르캅토프로필트리에톡시실록산, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실록산 등이 바람직하며, 특히 트리 실록산을 사용할 경우 유리와의 접착력을 더욱 증가시킬 수 있다.
본 발명의 최대 과제인 라디칼 과산화물로는 1분 반감기가 140 내지 170℃ 정도인 것이 주력 개시제로 바람직하며, 예를 들어 2,2-디(t-부틸퍼옥시)부탄(1분 반감기 161℃), n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발레레이트(1분 반감기 166℃), t-부틸-퍼옥시이소프로필벤젠(10시간 반감기 121℃), 1,1-디(t-아밀퍼옥시)사이클로헥산(1시간 반감기 112℃), t-부틸-(2-에틸헥실)모노퍼옥시카르보네이트(1분 반감기 166℃), t-아밀(2-에틸헥실)모노퍼옥시카르보네이트(1분 반감기 155℃), t-부틸 퍼옥시아세테이트(1분 반감기 166℃) 등이 사용될 수 있다.
또한, 보조 라디칼 과산화물로서는 1분 반감기가 120 내지 150℃인 것이 바람직하며, 이에 상당하는 개시제로서는 t-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트(1분 반감기 126℃), 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸헥사노일퍼옥시)헥산(1분 반감기 129℃), t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트(1분 반감기 130℃) 등이 유효하며, 추가로 1분 반감기가 130 내지 150℃ 사이에 있는 과산화물을 소량 사용하여 반응 가스의 발생을 균등화하는 것도 좋다.
본 발명에 따른 반응성 EVA 시트는 PV 모듈 작업시 모델의 변화에 따른 모듈의 조건을 잡는 공정을 종전보다 빠르고 용이하게 하며, 작업공정 중 발생하는 셀의 이동에 의한 불량을 대폭 감소시켜 고가의 실리콘 반도체 셀의 손실을 방지하게 된다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명한다.
[실시예]
하기 표 1의 비율로 배합된 EVA 컴파운드를 32 mm 트윈 압출기로 100℃ 미만의 온도로 압출하여 시트를 제조한 후, 용융점도를 측정하였다.
| 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 1 | |
| EVA | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
| 가교제 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | × |
| 실란 | 2 | 2 | 2 | × |
| 과산화물 1 | 0.5 | 0.47 | 0.42 | × |
| 과산화물 2 | 0.03 | 0.08 | × |
1. EVA: MitsuiDupont PV-1650, VA 함량 33%
2. 실란: 비닐트리에톡시실란
3. 가교제: 트리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트
4. 과산화물 1: n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발레레이트
5. 과산화물 2: t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트
표 2는 실시예 1에 의한 용융점도 변화이고, 표 3은 실시예 2에 따른 용융점도 변화이며, 표 4는 실시예 3에 따른 용융점도 변화이고, 표 5는 실시예 4에 따른 용융점도 변화를 나타낸 것으로, 시간은 150℃ 도달 후, 경과시간이다.
| 온도(℃) | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 | |
| 용융점도(MPa) | 9.9 | 4 | 2.5 | 1.4 | 0.65 | 0.4 | 0.3 | 0.2 | |
| 온도(℃) | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 |
| 용융점도(MPa) | 4.8 | 2.7 | 1.9 | 1.1 | 0.7 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
| 시간(분) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6분후 |
| 용융점도(MPa) | 0.5 | 0.6 | 0.9 | 4.8 | 14 | 고점도로 측정불가 |
| 온도(℃) | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 |
| 용융점도(MPa) | 2.7 | 2.0 | 1.2 | 0.9 | 0.6 | 0.6 | 0.7 |
| 시간(분) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6분후 | ||
| 용융점도(MPa) | 0.9 | 1.1 | 1.3 | 5.4 | 16 | 고점도로 측정불가 | ||
| 온도(℃) | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 |
| 용융점도(MPa) | 2.8 | 2.0 | 1.2 | 1.4 | 1.4 | 1.6 | 1.8 |
| 시간(분) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5분후 | |||
| 용융점도(MPa) | 2.1 | 2.3 | 2.6 | 7.1 | 고점도로 측정불가 | |||
표 2와 3을 비교하면, 실시예 1은 초기의 용융점도가 실시예 2보다 약간 높다.
이것은 첨가제가 없는 상태이기 때문에 첨가제가 포함된 실시예 2보다 높게 측정된다. 온도가 높아지면 점도가 계속 내려간다.
표 3(실시예 2)은 통상의 방법대로 1가지의 과산화물만을 사용하여 제조된 반응성 EVA 시트의 용융점도 변화를 보여준다.
온도가 130℃에서 용융점도는 0.4 MPa·s, 140℃에서 0.4 MPa·s로 측정되었다.
표 4(실시예 3)는 통상의 방법에, 추가로 1시간 반감기 95℃, 1분 반감기 130℃인 t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트를 0.03 중량부 추가하여 제조한 EVA 시트의 용융점도 변화를 보여준다.
130℃, 140℃에서의 용융점도가 0.6 MPa·s로 상승되어 있음을 보여준다.
표 5(실시예 4)는 130℃ 및 140℃에서의 용융점도가 각각 1.4 MPa·s로 상승되어 있음을 보여준다.
표 6은 실시예에 의해 제조된 PV 모듈 내의 셀 이동거리를 나타낸 것으로, PV 모듈 작업조건은 플레이트 온도 150℃, 유리 두께 5 mm이다.
| 셀수 | 이동한 셀수 | 이동거리평균(mm) | 이동거리총계(mm) | 비고 | |
| 실시예 1 | |||||
| 실시예 2 | 40 | 18 | 0.7 | 13.6 | 기포없음 |
| 실시예 3 | 40 | 12 | 0.5 | 6 | 기포없음 |
| 실시예 4 | 40 | 5 | 0.3 | 1.5 | 기포잔존 |
표 6에 따르면, 실시예 4로 제작된 PV 모듈에서는 미세한 기포가 모듈 전면에서 빠져나오지 못하고 남아 있었다.
실시예 2에서는 모듈 내에 배치한 셀이 약 0.5 내지 1 mm씩 이동하였다.
실시예 3에서는 모듈 내에 배치한 셀의 이동이 거의 관찰되지 않았다.
비록 본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 있지만 발명의 요지와 범위로부터 벗어남 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것은 가능하다.
따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 수정이나 변형을 포함한다.
도 1은 PV(Photo voltaic) 모듈의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 라미네이션(Lamination) 장치의 구조를 나타낸 것이다.
Claims (7)
- 에틸렌비닐아세테이트(EVA: Ethylene Vinyl Acetate copolymer) 수지 100 중량부, 가교제 0.01 내지 5 중량부, 반응성 접착제 0.01 내지 5 중량부 및 2종 이상의 과산화물 0.01 내지 5 중량부를 배합하여 압출함을 특징으로 하는 2종 이상의 과산화물을 이용한 태양광 발전 모듈용 EVA 시트.
- 제1항에 있어서, 상기 과산화물은 2,2-디(t-부틸퍼옥시)부탄, n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발레레이트, t-부틸-퍼옥시이소프로필벤젠, 1,1-디(t-아밀퍼옥시)사이클로헥산, t-부틸-(2-에틸헥실)모노퍼옥시카르보네이트, t-아밀(2-에틸헥실)모노퍼옥시카르보네이트, t-부틸퍼옥시아세테이트 중에서 선택되는 1종 이상과,t-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸헥사노일퍼옥시)헥산, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 2종 이상의 과산화물을 이용한 태양광 발전 모듈용 EVA 시트.
- 제1항에 있어서, 상기 에틸렌비닐아세테이트 수지의 비닐아세테이트(VA) 함량이 20 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 2종 이상의 과산화물을 이용한 태양광 발전 모듈용 EVA 시트.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과산화물은 1분 반감기가 140 내지 170℃ 정도인 것을 주력 개시제로 사용하고, 1분 반감기가 120 내지 150℃인 것을 보조 개시제로 사용함을 특징으로 하는 2종 이상의 과산화물을 이용한 태양광 발전 모듈용 EVA 시트.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과산화물은 1분 반감기가 130 내지 150℃ 사이에 있는 과산화물을 주력 및 보조 개시제외에 추가로 소량 사용함을 특징으로 하는 2종 이상의 과산화물을 이용한 태양광 발전 모듈용 EVA 시트.
- 제1항에 있어서, 상기 가교제는 트리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸프로판 트리메타크릴레이트, 디비닐벤젠, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 펜타에릴스리톨 트리아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트 중에서 선택되는 1종을 사용하고, 상기 반응성 접착제는 실란, 예를 들어 비닐트리에톡시실록산, 비닐트리메톡시실록산, γ-메르캅토프로필트리에톡시실록산, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실록산 중에서 선택되는 1종을 사용함을 특징으로 하는 2종 이상의 과산화물을 이용한 태양광 발전 모듈용 EVA 시트.
- 에틸렌비닐아세테이트(EVA: Ethylene Vinyl Acetate copolymer) 수지 100 중량부, 가교제 0.01 내지 5 중량부, 반응성 접착제 0.01 내지 5 중량부 및 2종 이상의 과산화물 0.01 내지 5 중량부를 배합하는 단계; 및상기 배합물을 압출하여 시트를 제작하는 단계를 포함하는 2종 이상의 과산화물을 이용한 태양광 발전 모듈용 EVA 시트의 제조방법.
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